كيف تؤثر عملية تجميع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) على تكلفة تصنيعها

لا يتحدد سعر كل لوحة دوائر مطبوعة (PCB) بناءً على اللوحة نفسها فقط.

كما أن طريقة ترتيب اللوحات المتعددة على لوحة التصنيع يمكن أن تؤثر أيضًا على التكلفة النهائية.

تُعرف هذه العملية باسم تجميع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB).

بدلاً من تصنيع كل لوحة دوائر مطبوعة (PCB) كقطعة منفصلة تمامًا، يقوم المصنعون عادةً بترتيب عدة لوحات على لوحة إنتاج أكبر حجمًا.

يمكن بعد ذلك أن تمر اللوحة بمرحلة التصنيع، وعند الحاجة، بمرحلة التجميع كوحدة متكاملة.

يؤثر عدد لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) الصالحة للاستخدام التي يمكن الحصول عليها من لوحة واحدة على:

• استخدام المواد
• كفاءة الإنتاج
• الأدوات
• وقت التوجيه
• التعامل
• معدل إنتاج التجميع
• التكلفة الفعلية لكل لوحة

في حالة الإنتاج بكميات كبيرة، يمكن حتى لأدنى تحسن في معدل استغلال الألواح أن يكون له تأثير ملحوظ على التكلفة الإجمالية للتصنيع.

ما المقصود بتجميع لوحات PCB؟

يعني تجميع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) ترتيب عدة تصميمات فردية للدوائر المطبوعة على لوحة تصنيع أكبر حجمًا.

ومن الأمثلة المبسطة على ذلك:

Individual PCB → panel arrangement → fabrication → separation

قد تحتوي اللوحة على:

• نسخ متكررة من لوحة دوائر مطبوعة واحدة
• متغيرات متعددة للوحات الدوائر المطبوعة (PCB)
• قضبان الأدوات
• العلامات المرجعية
• ألسنة قابلة للفصل
• الأخاديد على شكل حرف V
• مسارات التوجيه

يعتمد الترتيب الدقيق على أبعاد لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) وشكلها وعملية تصنيعها ومتطلبات التجميع.

لماذا تؤثر عملية التجميع على تكلفة لوحات الدوائر المطبوعة (PCB)؟

تخيل تصميمين للوحات.

التصميم أ

8 ألواح لكل لوحة

التصميم ب

10 ألواح لكل لوحة

إذا ظلت تكلفة تصنيع اللوحة متماثلة تقريبًا، فإن التصميم «ب» يوزع تلك التكلفة على عدد أكبر من اللوحات الصالحة للاستخدام.

ويمكن أن يؤدي ذلك إلى خفض التكلفة الفعلية لتصنيع كل لوحة دوائر مطبوعة.

ومع ذلك، فإن عملية تجميع الألواح لا تقتصر فقط على وضع أكبر عدد ممكن من الألواح على لوح واحد.

لا تزال اللوحة بحاجة إلى مساحة كافية من أجل:

• التوجيه
• الأخاديد على شكل حرف V
• الأدوات
• التعامل
• المسافة الآمنة للتيار الكهربائي
• معدات التجميع

قد يؤدي التصميم الجريء الذي يسبب مشاكل في التصنيع إلى ارتفاع التكلفة الإجمالية.

يُعد حجم اللوحة أحد المتغيرات الأولى

تؤثر أبعاد لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) بشكل مباشر على عدد الوحدات التي يمكن وضعها على اللوحة.

على سبيل المثال:

50 × 50 mm

و

100 × 100 mm

تتطلب الألواح ترتيبات مختلفة جدًّا للوحات.

لكن هذه العلاقة ليست دائمًا خطية.

قد يؤدي تغيير بسيط في أبعاد اللوحة في بعض الأحيان إلى ترتيب أفضل بكثير.

على سبيل المثال، قد يؤدي تغيير أحد الأبعاد بشكل طفيف إلى:

• عدد أكبر من الألواح في كل صف
• تحسين التناوب
• تقليل المواد غير المستخدمة

ولهذا السبب، ينبغي النظر في مخطط اللوحة جنبًا إلى جنب مع عملية تقسيمها إلى ألواح عندما لا يزال التصميم الميكانيكي يتمتع ببعض المرونة.

شكل اللوح مهم أيضًا

عادةً ما يكون تجميع لوحات الدوائر المطبوعة المستطيلة أسهل من تلك ذات الأشكال غير المنتظمة.

تشمل التحديات الشائعة المتعلقة بالتكاليف ما يلي:

• فتحات كبيرة
• المقاطع الدائرية
• الامتدادات الضيقة
• فتحات متعددة
• التوجيه الداخلي المعقد

قد تؤدي هذه الميزات إلى زيادة هدر المواد أو تتطلب المزيد من عمليات التوجيه.

إذا سمح التصميم الميكانيكي بذلك، فإن تبسيط شكل اللوحة يمكن أن يحسّن كفاءة التصنيع.

الشق على شكل حرف V مقابل الحفر

هناك طريقتان شائعتان لفصل لوحات الدوائر المطبوعة (PCB)، وهما:

الشق على شكل حرف V

يُحفر أخدود على طول خطوط مستقيمة حتى يتسنى فصل الألواح لاحقًا.

تُعد الأخدود على شكل حرف V خيارًا مناسبًا للألواح التي تتميز بما يلي:

• الحواف المستقيمة
• الأشكال المنتظمة
• خطوط خارجية مستطيلة متكررة

التوجيه

يقوم جهاز التوجيه بقطع الحواف المحيطة بمخطط لوحة الدوائر المطبوعة.

يُعد التوجيه أكثر ملاءمةً لـ:

• الأشكال غير المنتظمة
• الخطوط الخارجية المنحنية
• الفتحات الداخلية

ومع ذلك، فإن عملية التوجيه تستهلك مساحة إضافية على اللوحة وتتطلب تحريك الأداة حول اللوحة.

تعتمد الطريقة المناسبة على الشكل الهندسي للوحة.

متى يكون الشق على شكل حرف V أكثر كفاءة

إذا كان من الممكن وضع عدة ألواح مستطيلة متطابقة بجانب بعضها البعض بحيث تكون حوافها مستقيمة، فقد تتيح الأخدود على شكل حرف V الاستفادة الفعالة من الألواح.

على سبيل المثال:

المجلس | المجلس | المجلس | المجلس

يمكن في كثير من الأحيان معالجتها بكفاءة.

لكن الشق على شكل حرف V لا يناسب جميع التصاميم.

يجب أن تظل لوحة الدوائر المطبوعة النهائية مستوفية لشروط الحواف المطلوبة بعد الفصل.

متى يكون التوجيه ضروريًا

غالبًا ما يكون التوجيه ضروريًا عندما تحتوي لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) على:

• حواف منحنية
• الأشكال غير المنتظمة
• الفتحات الداخلية
• فتحات معقدة

في هذه الحالات، قد تؤدي محاولة فرض ترتيب الأخاديد على شكل حرف V إلى حدوث مشاكل ميكانيكية.

يمكن تبرير ارتفاع تكلفة التصنيع بشكل طفيف إذا كان شكل اللوحة نفسه ضروريًا.

تشغل قضبان الأدوات مساحة

غالبًا ما تتطلب لوحات الإنتاج وجود قضبان حول منطقة اللوحة.

يمكن استخدام هذه القضبان في:

• التعامل مع الآلات
• النقل بواسطة الناقلات
• العلامات المرجعية
• محاذاة التجميع
• ثقوب الأدوات

وبالتالي، فإن المساحة المتاحة للوحات الدوائر المطبوعة الفعلية أصغر من الأبعاد الإجمالية للوحة.

وهذا أمر مهم بشكل خاص في عملية التجميع باستخدام تقنية التثبيت السطحي (SMT).

قد لا تكون اللوحة المصممة خصيصًا لتصنيع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) هي الخيار الأمثل للتجميع الآلي.

تقسيم اللوحات في تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) مقابل تجميع المكونات السطحية (SMT)

هناك فرق مهم بين تقسيم الألواح لأغراض التصنيع وتقسيم الألواح لأغراض التجميع.

تركز لوحة تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة بشكل أساسي على:

• استخدام المواد
• الحفر
• التصوير
• التوجيه
• الاختبارات الكهربائية

كما يجب أن تراعي لوحة تجميع SMT ما يلي:

• الوصول بنظام «الالتقاط والوضع»
• طباعة معجون اللحام
• العلامات المرجعية
• مناولة الناقلات
• الخلوص بين المكونات
• إزالة الألواح

قد لا يكون التصميم الذي يبدو فعالاً لتصنيع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) هو بالضرورة الخيار الأفضل للتجميع السطحي (SMT).

بالنسبة للمنتجات المُجمَّعة، ينبغي النظر إلى المرحلتين معًا.

قد تؤثر عملية تقسيم الألواح على معدل إنتاجية التجميع

لا تقتصر مسألة تقسيم الألواح على الجانب المالي فحسب.

كما أن التصميم السيئ للوحة قد يؤدي إلى مشاكل في التجميع.

على سبيل المثال:

• الانثناء المفرط للوح
• الدعم غير المتكافئ
• عدم كفاية الأدوات
• سوء وضع العلامات المرجعية
• مشاكل التباعد بين المكونات

ويمكن أن تؤثر هذه العوامل على:

• طباعة معجون اللحام
• وضع المكونات
• إعادة التدفق
• الفحص

لذلك، فإن اللوحة النظرية الأرخص ليست دائمًا أفضل لوحة من حيث الإنتاج.

دليل إرشادي: تحسين عملية تجميع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB)

الخطوة 1: ابدأ بلوحة الدوائر المطبوعة الجاهزة

أولاً، نُعرِّف:

• أبعاد اللوحة
• مخطط المجلس
• مواقع المكونات
• مواضع الموصلات
• المتطلبات الميكانيكية

لا تقم بتعديل محيط لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) لمجرد تحسين استغلال اللوحة إذا كان هذا التغيير سيؤدي إلى مشكلة على مستوى المنتج.

الخطوة 2: تجربة اتجاهات مختلفة

لا يلزم دائمًا وضع لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) بنفس الاتجاه.

جرب:

• 0°
• 90°
• 180°
• الترتيبات المتطابقة حيثما يسمح بذلك التصنيع

قد تؤدي التوجهات المختلفة في بعض الأحيان إلى اختلافات جوهرية في استخدام المواد.

الخطوة 3: حساب عدد الألواح لكل لوحة

قارن بين عدة تصميمات واقعية.

على سبيل المثال:

التصميم	الألواح/اللوحات	معدل الاستخدام النسبي
A	6	أقل
B	8	معتدل
C	10	أعلى

تعتمد النتيجة الدقيقة على أبعاد اللوحة والقيود التصنيعية.

الخطوة 4: التحقق من متطلبات الفصل

حدد ما إذا كان التصميم يمكنه استخدام:

• الشق على شكل حرف V
• التنقل بين علامات التبويب
• ألسنة مثقبة
• التوجيه الكامل

لا تقم بتحسين استغلال المواد قبل التحقق مما إذا كان من الممكن فعليًّا فصل الألواح بأمان.

الخطوة 5: إضافة متطلبات التجميع

في حالة تجميع الألواح، تحقق مما يلي:

• قضبان الأدوات
• العلامات المرجعية
• طباعة معجون اللحام
• الخلوص بين المكونات
• متطلبات الناقل

يجب أن تغطي اللوحة عملية الإنتاج بأكملها.

الخطوة 6: مقارنة التكلفة الفعلية

من المقاييس المفيدة ما يلي:

Effective PCB cost = panel cost ÷ usable PCB quantity

وهذا أكثر فائدة من مجرد النظر إلى سعر اللوحة.

على سبيل المثال:

$100 panel ÷ 10 boards = $10 per board

بينما:

$100 panel ÷ 6 boards = $16.67 per board

قد تتضمن عرض الأسعار الفعلي تكاليف إضافية، لكن هذا الحساب يوضح أهمية معدل الاستخدام.

التقسيم إلى لوحات وعدد لوحات الدوائر المطبوعة

يمكن أن تؤثر الكمية على التكوين المثالي للوحة.

لنفترض أن العميل يحتاج إلى:

100 لوح

إذا كانت اللوحة تحتوي على:

10 ألواح

عندئذٍ تتوافق كمية الإنتاج تمامًا مع:

10 لوحات

إذا كانت اللوحة تحتوي على:

7 لوحات

قد تضطر الشركة المصنعة إلى إنتاج عدد مختلف من الألواح وإدارة القطع الإضافية غير المستخدمة.

لا يؤدي ذلك دائمًا إلى اختلاف كبير في التكلفة، ولكن ينبغي النظر إلى كمية الإنتاج وكمية الألواح معًا.

تجميع لوحات الدوائر المطبوعة المختلطة

تتضمن بعض المشاريع عدة تصاميم لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) مترابطة.

على سبيل المثال:

• اللوحة الرئيسية
• لوحة التحكم
• لوحة العرض
• لوحة المستشعرات

في بعض الحالات، يمكن وضع عدة تصاميم على لوح إنتاج واحد.

قد يؤدي ذلك إلى تحسين الاستفادة من المواد.

ومع ذلك، فإن تقنية التجميع المختلط تفرض اعتبارات إضافية:

• كميات مختلفة
• متطلبات التصنيع المختلفة
• متطلبات الاختبار المختلفة
• إزالة الألواح
• تكوين التجميع

ولذلك ينبغي تقييمه على أساس كل مشروع على حدة.

تصميم الألواح وتصميمات لوحات الدوائر المطبوعة الصغيرة

يمكن أن تستفيد لوحات الدوائر المطبوعة الصغيرة في بعض الأحيان بشكل كبير من تقنية تجميع اللوحات.

قد لا تشغل لوحة دوائر مطبوعة واحدة صغيرة سوى جزء ضئيل من لوحة التصنيع.

إن تجميع العديد من النسخ معًا يحسّن من الاستفادة من المواد ومن سير العمل في عملية الإنتاج.

وهذا مفيد بشكل خاص في:

• لوحات المستشعرات
• الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء
• وحدات التحكم الصغيرة
• وحدات التردد اللاسلكي
• لوحات إنترنت الأشياء

ومع ذلك، تحتاج اللوحات الصغيرة أيضًا إلى دعم كافٍ أثناء عملية التجميع باستخدام تقنية التثبيت السطحي (SMT).

تصنيع الألواح واللوحات الإلكترونية المطبوعة الكبيرة

تشكل لوحات الدوائر المطبوعة الكبيرة تحديًا مختلفًا.

قد تشغل اللوحة معظم المساحة المتاحة للوحة.

قد تكون الفرص المتاحة لزيادة عدد اللوحات في كل مجموعة محدودة.

في هذه الحالة، قد يتحقق تحسين التكلفة من خلال:

• تحسين مخطط اللوحة
• اختيار المواد
• اختيار حجم اللوحة
• معدل العائد في التصنيع
• الحد من الفتحات غير الضرورية

بدلاً من الاكتفاء بزيادة عدد الألواح في كل لوحة.

هل ينبغي تصميم لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) مع مراعاة تقسيمها إلى لوحات فرعية؟

ليس تمامًا.

يجب أن تأتي المتطلبات الكهربائية والميكانيكية للمنتج في المقام الأول.

ولكن ينبغي النظر في استخدام الألواح قبل أن يتم تثبيت التصميم بشكل نهائي.

إذا كان من الممكن تغيير شكل اللوحة ببضعة ملليمترات دون التأثير على المنتج، فقد تكون هذه المرونة ذات قيمة كبيرة.

وبذلك يمكن لمهندس التصنيع مقارنة عدة ترتيبات قبل إقرار التصميم الميكانيكي النهائي.

الأخطاء الشائعة في عملية تجميع الألواح

تصميم لوحة واحدة فقط في كل مرة

قد تكون لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) الفردية قابلة للتصنيع، لكنها غير فعالة عند تركيبها على اللوحة.

تجاهل متطلبات التجميع السريع (SMT)

قد لا تتناسب اللوحة التي يسهل تصنيعها مع خط التجميع.

استخدام عدد كبير جدًا من الفتحات الداخلية

يمكن أن تؤدي القصاصات إلى تقليل الاستفادة من المواد وزيادة عمليات التوجيه.

تجاهل عملية إزالة الألواح

قد تتعرض المكونات الموضوعة على مسافة قريبة جدًا من حافة اللوحة للتلف أثناء عملية الفصل.

التحسين لتحقيق أقصى عدد ممكن من اللوحات فقط

لا يُعد العدد الأقصى للوحات دائمًا أفضل تخطيط إذا كان ذلك يؤدي إلى مشاكل في التجميع أو الموثوقية.

دليل إرشادي: خفض تكلفة لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) من خلال تجميعها في ألواح

يمكن أن تتبع المراجعة العملية التسلسل التالي:

مخطط المجلس

↓

حجم اللوحة

↓

التوجيه الخاص بمجلس الإدارة

↓

الشق على شكل حرف V أو الحفر

↓

قضبان الأدوات

↓

العلامات المرجعية

↓

الخلوص التجميعي

↓

إزالة الألواح

↓

عدد الألواح في كل لوحة

↓

التكلفة الفعلية لكل لوحة دوائر مطبوعة

يُعد هذا النهج أكثر موثوقية من مجرد السؤال عن أقل سعر ممكن للوحة.

هل تؤثر عملية تقسيم اللوحات على جودة لوحات الدوائر المطبوعة (PCB)؟

نعم، يمكن ذلك.

قد يؤدي سوء تجميع الألواح إلى زيادة:

• التشوه في الألواح
• الإجهاد الميكانيكي
• الأضرار الناتجة عن إزالة الألواح
• مشاكل التجميع
• معالجة المشكلات

على سبيل المثال، قد تختلف الخصائص الميكانيكية للوحة طويلة جدًّا وضيقة جدًّا عن تلك الخاصة باللوحة المتوازنة.

وبالتالي، يجب أن تفي لوحة التصنيع بمتطلبات التكلفة ومتطلبات العملية على حد سواء.

الأسئلة الشائعة

الخاتمة

من السهل إغفال عملية تجميع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) لأنها تتم بعد أن يبدو تصميم الدائرة المطبوعة قد اكتمل.

في الواقع، يمكن أن يؤثر ذلك على التكلفة الفعلية لتصنيع كل لوحة يتم إنتاجها.

ومن أهم العوامل ما يلي:

• حجم اللوحة
• شكل لوح التزلج
• أبعاد اللوحة
• التوجيه الخاص بمجلس الإدارة
• الشق على شكل حرف V
• التوجيه
• قضبان الأدوات
• متطلبات التجميع
• إزالة الألواح
• كمية الإنتاج

أفضل لوحة ليست بالضرورة تلك التي تحتوي على أكبر عدد من الألواح.

هذه اللوحة هي التي توفر توازنًا جيدًا بين استخدام المواد، وكفاءة التصنيع، واستقرار التجميع، وجودة المنتج.

فيما يتعلق بمشاريع الإنتاج، فإن مراجعة تقسيم اللوحات قبل الانتهاء تمامًا من تصميم لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) يمكن أن يمنع الهدر غير الضروري للمواد ويجعل الانتقال من مرحلة النموذج الأولي إلى مرحلة التصنيع بكميات كبيرة أكثر سلاسة.

يمكن لـ TOPFAST تقييم معدل استخدام الألواح جنبًا إلى جنب مع متطلبات التصنيع والتجميع، وهو أمر مفيد بشكل خاص عندما تنتقل اللوحة من مرحلة النماذج الهندسية إلى مرحلة الإنتاج المتكرر.